【手続補正書】
【提出日】平成18年3月6日(2006.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  基板上の絶縁膜に形成し表面にバリア層を堆積させた配線用凹部内に配線材料を埋込み、余分な配線材料を除去し平坦化して基板の表面に埋込み配線を形成し、
前記平坦化後の基板をめっき前処理後に直ちに洗浄し、
前記洗浄後の基板の表面に直ちに無電解めっきを施して前記配線の露出表面に保護膜を選択的に形成し、
前記めっき後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】  前記めっき前処理を施す基板が、前記平坦化後に乾燥状態としたものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】  前記平坦化後の基板を直ちに洗浄し、該洗浄後の基板を直ちにめっき前処理することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】  前記平坦化処理を施す基板が、基板上の前記配線用凹部に配線材料を埋込んだ後に乾燥状態としたものであることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】  前記各処理ならびにその間の搬送工程の少なくともいずれかを遮光下で行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】  基板表面に設けた配線用凹部の表面にバリア層を堆積し該配線用凹部内に配線材料を埋込んで形成した埋込み配線の露出表面に保護膜を選択的に形成する半導体装置の製造装置であって、
前記基板表面の前記配線用凹部以外に成膜された余分な前記配線材料ならびに前記バリア層を除去し平坦化する平坦化ユニットと、
前記平坦化後の基板を洗浄する洗浄ユニットと、
前記洗浄後の基板表面にめっき前処理を施す前処理ユニットと、
前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記埋込み配線の露出表面に前記保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、
前記無電解めっき処理後の基板を乾燥状態にする乾燥ユニットを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項７】  前記無電解めっきユニットと前記乾燥ユニットの間に、基板表面に形成した前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施す後処理ユニットを有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】  前記前処理ユニットは、基板表面を薬液で処理し、該薬液を基板表面から除去する第１前処理ユニットと、基板表面に触媒を付与し、該触媒付与に使用した薬液を基板表面から除去する第２前処理ユニットとを有することを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】  前記平坦化ユニットが、化学機械的研磨ユニット、電気化学的研磨ユニット、または複合電解研磨ユニットの少なくとも1つ以上から構成されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】  前記平坦化ユニットの前に前記基板表面の前記配線用凹部に配線材料を成膜する成膜ユニットを有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
前記配線材料は、例えば、銅、銅合金、銀または銀合金である。
配線材料としては様々なものが考えられるが、無電解めっきによる保護膜で配線を保護することが要求される半導体装置は、一般に高集積化されたものに限定される。このよう高集積化された半導体装置の配線材料として、銅、銅合金、銀または銀合金を使用することで、半導体装置の高速化、高密度化を図ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記バリア層は、例えば、チタン、タンタル、タングステン、またはそれらの化合物の少なくとも１種からなる。
例えば、銅、銅合金、銀または銀合金を配線材料とする場合には、チタン、タンタル、タングステン、あるいはそれらの化合物の少なくとも１種がバリア層（バリアメタル）の材料として選択される。なお、このバリア層には、例えば絶縁膜との界面にタンタルの窒化物を形成し、この窒化物の窒素含有量を減らしていって、最終的にバリア層の表面をタンタルとするような場合も含まれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
前記保護膜は、例えば、コバルト、コバルト合金、ニッケルまたはニッケル合金である。
配線の表面を選択的に覆って保護する保護膜としての機能を発現する材料としては、コバルト、コバルト合金、ニッケルまたはニッケル合金が挙げられる。特に、（１）コバルトまたはニッケル、（２）モリブデンまたはタングステン、（３）リンまたはボロンの（１）〜（３）のそれぞれを構成要素に含む３元合金であることが好ましく、このような合金は、成膜レートが比較的遅いので薄膜形成に有利であり、まためっき液が比較的安定で膜組成の制御が容易であるばかりでなく、その再現性を容易に確保することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
前記平坦化後及び／または前記めっき前処理後の基板の洗浄を、該基板を浸漬したとき、配線の露出表面とバリア層の露出表面の電位差が２００ｍＶ以下となるような洗浄液を用いて行うことが好ましい。
これにより、どのような配線（材料）とバリア層（材）の組み合わせであっても、めっき前処理後の基板洗浄（リンス）の過程で配線が選択的に腐食されることを防止して、配線抵抗が増加したり、配線に欠陥が生じたりすることを防止することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
前記洗浄液は、例えば、溶存酸素を除去した超純水である。
洗浄液としては、バリア層ならびに配線の双方に対して不活性であり、しかも両者を同時に浸漬したときに、両者間に大きな電位差が生じないものを使用することが望ましい。超純水中の溶存酸素を充分に除去した超純水は、この要求を満たすことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
前記洗浄液は、水素ガスを溶存せしめた超純水であってもよい。
超純水に水素ガスを溶解することにより、バリア層ならびに配線の双方に対する電位を低下させ、かつ両者を同時に浸漬したときに、両者間に生じる電位差を確実に減少させることができる。なお、水素ガスの溶解方法としては、（１）ガス溶解膜を介して水素ガスを超純水に溶解する方法と、（２）超純水を電気分解することによって発生する水素をそのまま溶解する方法とがあり、そのいずれをも採用することができる。また、超純水の製造過程において、溶存有機物の分解除去に紫外線照射を行うことがあり、その分解反応に付随して溶存水素濃度が増えることがあるが、それについてもここに含まれる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
前記余分な配線材料を除去し平坦化する処理を、バリア層を浸漬したときの表面電位が配線材料を浸漬したときの表面電位よりも貴である研磨液を用いた化学機械的研磨法で行うことが好ましい。
化学機械的研磨法により基板上の配線材料を研磨して埋込み配線の表面を露出させる際に、バリア層を浸漬したときの表面電位が配線材料を浸漬したときの表面電位よりも貴である研磨液を用いると、配線材料側の酸化が優先されることによりバリア層近傍の酸化が抑制され、バリア層と配線の境界部分にＶ字状の腐食（窪み）が生じることが防止される。これによって、無電解めっきにより保護膜を選択的に形成する際に、バリア層と配線材料の境界部分に、前述のＶ字状の腐食によるめっき不良などの欠陥が生じることを防止することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
前記余分な配線材料を除去し平坦化する処理を、バリア層を浸漬したときの表面電位が配線材料を浸漬したときの表面電位よりも卑である研磨液を用いた化学機械的研磨法で行い、かつ無電解めっきを行う前のめっき前処理において、バリア層を浸漬したときの表面電位が配線材料を浸漬したときの表面電位よりも貴である処理液で基板を処理するようにしてもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
前記余分な配線材料を除去し平坦化する処理は、研磨液中に基板と導電性を有する研磨工具とを対向させて配置し、基板側をアノード分極、研磨工具側をカソード分極として処理する工程を含むことが好ましい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
前記余分な配線材料を除去し平坦化する処理は、超純水中に基板とカソードとを該基板とカソードとの間にイオン交換体を介在させつつ対向させて配置し、基板側をアノード分極として処理する工程を含むようにしてもよい。
請求項５に記載の発明は、前記各処理ならびにその間の搬送工程の少なくともいずれかを遮光下で行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
請求項６に記載の発明は、基板表面に設けた配線用凹部の表面にバリア層を堆積し該配線用凹部内に配線材料を埋込んで形成した埋込み配線の露出表面に保護膜を選択的に形成する半導体装置の製造装置であって、前記基板表面の前記配線用凹部以外に成膜された余分な前記配線材料ならびに前記バリア層を除去し平坦化する平坦化ユニットと、前記平坦化後の基板を洗浄する洗浄ユニットと、前記洗浄後の基板表面にめっき前処理を施す前処理ユニットと、前記前処理後の基板の表面に無電解めっきを施して前記埋込み配線の露出表面に前記保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットと、前記無電解めっき処理後の基板を乾燥状態にする乾燥ユニットを有することを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
請求項７に記載の発明は、前記無電解めっきユニットと前記乾燥ユニットの間に、基板表面に形成した前記保護膜の選択性を向上させるための後処理を施す後処理ユニットを有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造装置である。
一般にはめっき前処理ユニットで、配線部分にのみ選択的に無電解めっきが行われるよう必要な前処理を行うが、それでも選択性が完全でないことがあり得る。特に配線間の絶縁膜の寸法が小さくなると、この部分でのごくわずかな汚染がリーク電流の原因となる。従って無電解めっきユニットの後に、選択性を向上させるための後処理ユニットを設置し、選択性をより向上させるための後処理を行う。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記前処理ユニットは、基板表面を薬液で処理し、該薬液を基板表面から除去する第１前処理ユニットと、基板表面に触媒を付与し、該触媒付与に使用した薬液を基板表面から除去する第２前処理ユニットとを有することを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造装置である。
研磨後の露出配線は、研磨液中の酸化剤によって酸化されていたり、研磨剤によりダメージを受けていたりすることがある。デザインルールが厳しくなってくると、このようなことも問題となってくる。そこで、薬液処理によってこれらの問題を初期化する第１前処理ユニットと、触媒付与により露出配線表面を活性化する第２前処理ユニットを前処理ユニットとして設置する。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
請求項９に記載の発明は、前記平坦化ユニットが、化学機械的研磨ユニット、電気化学的研磨ユニット、または複合電解研磨ユニットの少なくとも1つ以上から構成されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の半導体装置の製造装置である。
平坦化ユニットとしては様々なものがあり得る。化学機械的研磨ユニットが一般的であるが、今後はいわゆるＬｏｗ−ｋ材料を扱う場合には低圧化が求められるようになる。そのような場合には、電気化学的な作用のみで研磨する電気化学的研磨、またはそれに研磨剤による機械的な作用を併用する複合電解研磨ユニットを適用すると良い。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、前記平坦化ユニットの前に前記基板表面の前記配線用凹部に配線材料を成膜する成膜ユニットを有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造装置である。
配線材料を表面に成膜した基板は、基板表面全体にわたって配線材料がついており、周囲に対して汚染を生じやすい。従って、工程間の搬送をなるべく行わずに一連の処理を行うことが望まれる。平坦化ユニットの前に成膜ユニットを設置することにより、このことが可能となる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
前記成膜ユニットが少なくともめっきユニットを有するようにしてもよい。
配線材料の成膜方法にはいろいろあるが、その後の研磨及び保護膜形成が湿式処理であることから、めっき処理、好ましくは電気めっき処理が適している。そこで、研磨ユニットの前に設置する成膜ユニットとしては、めっきユニットが好適である。